?譯者 | 李睿

審校 | 孫淑娟

零知識證明（ZKP）也稱為ZKP協(xié)議，試圖以最小的信息交換量在雙方之間建立信任。在密碼學中，它旨在限制身份驗證活動期間的信息傳輸。ZKP的創(chuàng)始人明確研究了計算機證明中信息或知識的移動。ZKP是當時引入新的研究領(lǐng)域的一個重大進步。如今在Web3和區(qū)塊鏈的背景下，將再次探討ZKP的含義。

1.證明系統(tǒng)中的知識復雜度

ZKP的更準確名稱可能是知識感知證明。提出這一觀點的第一篇論文出現(xiàn)在20世紀80年代末發(fā)表的幾篇變體論文中。該論文提到了與證明系統(tǒng)相關(guān)的知識復雜性，并提出了一個問題：當一方試圖向另一方證明一個陳述時，必須傳遞的最低信息是什么?

要記住的概念是，人們正在嘗試理解和控制信息流，同時支持有效的驗證。 

2.ZKPvs.非對稱加密

ZKP的想法來自上世紀70年代和上世紀80年代探索密碼學新概念領(lǐng)域的時代。這與給人們帶來非對稱加密的環(huán)境相同。一些ZKP協(xié)議按照Diffie-Hellman密鑰交換或RSA加密算法使用素因子分解作為單向（或陷阱門）函數(shù)。

對于非對稱加密，主要目標是雙方達成共享秘密。在ZKP中，其目標是在不透露無關(guān)信息的情況下提出索賠。在非對稱加密中，雙方共享一個秘密數(shù)字；在ZKP中，證明者在不泄露該數(shù)字的情況下證明他們實際上擁有一個秘密數(shù)字。

而ZKP在區(qū)塊鏈中得到更多應(yīng)用并不足為奇。

3.區(qū)塊鏈和Web3中的ZKP

在不公開基礎(chǔ)證明數(shù)據(jù)的情況下證明陳述或聲明的能力具有令人興奮的用途。一方面，很可能將ZKP與現(xiàn)有的身份驗證應(yīng)用程序結(jié)合使用。如果可以在不透露密碼情況下證明擁有密碼，那么就消除了所有的攻擊向量。

不過，使用ZKP進行密碼驗證只是一個小步驟，它并沒有真正改變?nèi)藗內(nèi)缃袷煜さ幕灸Ｐ汀Ｒ惯@種身份驗證機制起到作用，仍然需要將密碼傳輸?shù)脚c之交互的服務(wù)的中央服務(wù)器并存儲在那里。更具革命性的方法需要考慮如果將ZKP集成到應(yīng)用程序安全系統(tǒng)的設(shè)計中會發(fā)生什么。在這種情況下，開始看到現(xiàn)有身份驗證的替代方案。如果政府部門和銀行機構(gòu)要承擔簽發(fā)加密密鑰以驗證重要聲明的角色，用戶可以使用ZKP協(xié)議來驗證聲明。

作為一個高級示例，如果政府部門將密鑰作為護照的一部分，則ZKP可用于證明公民身份，而無需透露護照號碼或公民姓名。通過采用哈希算法，公民可以使用ZKP來證明年齡等具體要求。

這種功能與Web3非常吻合，因為區(qū)塊鏈用戶已經(jīng)持有加密密鑰，并且知道如何使用它們。此外，ZKP可以允許在區(qū)塊鏈去中心化身份的背景下進行身份和其他數(shù)據(jù)認證，無論是與現(xiàn)有的Web2應(yīng)用程序在一起使用還是分開。讓用戶能夠通過私鑰顯示其銀行對賬單或信用評分的零知識證據(jù)，這將在金融鏈上實現(xiàn)新的金融功能。

歸根結(jié)底，ZKP力求最大程度地減少與當前身份驗證模型相關(guān)的缺點：失去對用戶數(shù)據(jù)的控制、用戶數(shù)據(jù)暴露于黑客攻擊以及用戶數(shù)據(jù)的非自愿貨幣化。

4.ZKP的工作原理

在ZKP系統(tǒng)中，一方（證明者）向另一方（驗證者）證明證明者擁有信息，在理想情況下除了這一事實之外不透露任何信息。有關(guān)ZKP的原始論文的作者使用了哈密頓圖的示例，這是一種訪問連通圖中每個節(jié)點的圖。

確定證明者擁有這樣一個圖的一種簡單方法是傳輸圖表本身。但這種方法可能泄漏大量信息，超出了證明者持有圖表的事實。用ZKP創(chuàng)始人的話來說，它比單比特哈密頓量/非哈密頓數(shù)包含更多的信息。

可以想象這樣一個場景，驗證者改為重復查詢圖中特定線和點的信息，而證明者做出響應(yīng)。如果證明者提供了足夠多的有效響應(yīng)，那么他們很可能確實持有哈密頓圖。而圖表本身永遠不會被傳輸。

5.ZKP思想的實驗

在公鑰加密中，參與者傳統(tǒng)上被稱為Alice、Bob和Eve。在ZKP中，證明者稱為Peggy，驗證者稱為Victor。 

假設(shè)Peggy有一個帶有兩個不同按鈕的房間。她邀請Victor確認這兩個按鈕如何工作。證明她可以知道何時按下了一個按鈕或另一個按鈕。為了以“零知識”的方式證明這一說法，Peggy與Victor分別在不同的房間，而Peggy看不到Victor在做什么，但她可以分辨出何時按下了不同的按鈕，并且可以將她看到的結(jié)果傳達給Victor。也許Peggy可以看到根據(jù)按下的按鈕發(fā)出不同顏色的燈光。圖1顯示了卡通形式的布局。 

圖1.Peggy的零知識房間和按鈕

Victor第一次按下按鈕時，Peggy提醒Victor有一個按鈕被按下。此時，Victor可以假設(shè)Peggy猜對了，或者她真的能夠看到其效果。任何一種可能性都同樣正確。

為了增加對Peggy作弊的幾率，兩人可以進行多輪比賽。Victor可以每次按下相同的按鈕或不同的按鈕。如果她猜到了，Peggy的騙局很快就會被揭穿。每一輪正確猜測的概率都會變小。該過程可以重復多輪，以達到可接受的概率。

這個場景向Victor證明了Peggy知道什么時候按下按鈕以及按下按鈕的效果，——這就是Victor需要知道的全部內(nèi)容。該實驗沒有揭示按鈕的效果或Peggy監(jiān)控它們的原理。它向Victor展示了按下這些按鈕具有不同的效果，但他不需要知道這些效果是什么。

6.證明和概率

這里的關(guān)鍵是，Victor可以控制按下哪個按鈕，但他不知道按下之后的效果。他依賴Peggy來完成反饋循環(huán)。與此同時，他保留了以很高的概率來判斷Peggy是否能夠看到按下哪個按鈕的能力。這就是為什么說ZKP是概率證明而不是確定性證明的原因。

關(guān)于Peggy和Victor的實驗場景，還有一點需要注意的是，這就是所謂的交互式證明。在這個模型中，驗證者可以隨意詢問證明者。這與非交互式證明形成對比，在非交互式證明中，證明者自己進行驗證，其過程并不在與驗證者交互的情況下傳輸證明。任何一種風格都可以使用ZKP應(yīng)用。

7.進一步使用ZKP

ZKP是一個不斷擴展的領(lǐng)域，它為開發(fā)人員探索令人興奮和不確定的領(lǐng)域創(chuàng)造了條件。最常見的通用協(xié)議是零知識簡潔非交互式知識論證（zk-SNARK）。

以下是進一步研究ZKP的一些建議：

• 有關(guān)ZKP在區(qū)塊鏈中的實際應(yīng)用，可以查看Mina項目。 
• ZKP在以優(yōu)化性能為核心的以太坊2級中也發(fā)揮著重要作用。對于空間中的特定項目，需要參考Polygon的Nightfall項目。 
• 對于工作代碼和庫，可以參考Zilch項目。 
• 有關(guān)主流公司如何在這一領(lǐng)域開展工作，可以參考Auth0與MATTR項目的合作。 

了解ZKP協(xié)議的一個很好的方法仍然是閱讀原始ZKP白皮書。這可以使人們了解實際的精神，在設(shè)想如何將計算時間的因素引入證明系統(tǒng)，以限制攻擊者在NP時間內(nèi)欺騙證明的能力。一切都源于此，而實施代碼和基礎(chǔ)設(shè)施以實現(xiàn)這些想法的承諾就是現(xiàn)在所處的位置。

原文鏈接：https://www.infoworld.com/article/3668549/zero-knowledge-proof-finds-new-life-in-the-blockchain.html